Сибирские ученые создали кристаллы, расширяющие возможности лазеров

Ученые Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН создали образцы кристаллов с улучшенными свойствами, которые могут применяться для изготовления твердотельных лазеров современных спектрометров и гамма-детекторов. Спектрометры различного вида используются для выяснения состава веществ — жидкостей, газов. Область применения зависит от длины волны используемого лазерного луча. В нашем случае речь идет об инфракрасных лазерах, которые используются, например, для анализа загрязненности воздуха, определения вредных примесей в нем.

Кристалл в твердотельном лазере — это его рабочее тело, именно там генерируется лазерный пучок, луч. В инфракрасном лазере он невидим человеческому глазу. На основе таких лазеров создаются спектральные газоанализаторы воздуха, которые «распознают» газовые примеси по тому, как частицы газа колеблются: у молекул разных газов своя частота колебаний, отличная от других — свой спектр.

Принцип работы лазерного спектрометра достаточно прост. Прибор пропускает через себя воздух. Лазерный луч проходя внутри спектрометра проходит через поток воздуха и «видит» молекулы примесей (примерно так, как мы видим пылинки в луче проектора в кинозале). Каждая молекула «поглощает» свою частоту и на детектор лазерный луч приходит уже измененным, немного другого цвета. По характеру этого изменения, то есть потому, какая часть спектра поглощена, мы можем понять, частица какого именно газа колеблется.

Если в кинозале дымно, пылинки будут менее заметны, так как белые частицы дыма полностью поглощают видимый свет проектора. Аналогичным образом при использовании традиционных лазерных кристаллов с длиной волны до 5 микрон (такое излучение генерируют традиционные кислородосодержащие лазерные кристаллы), излучение в большой степени поглощается водяным паром, содержание которого в воздухе в сотни раз больше других газов. Колебания молекул других газов становятся менее отчетливыми, качество измерения снижается.

• 
• Сибирские ученые создали кристаллы, расширяющие возможности лазеров

Частицы водяного пара поглощают не все колебания. Если увеличить длину волны лазера, то уровень поглощения снизится, и частицы примесей проявятся более четко и точность измерений возрастет. Созданные в лаборатории роста кристаллов ИГМ СО РАН кристаллы позволяют получить излучение с длиной волны до десяти микрон, которая уже не поглощается водяным паром.

Созданные кристаллы могут найти применение в производстве промышленных и бытовых спектрометров, повысить их точность. Как пояснила РИА Новости научный сотрудник ИГМ СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Александра Тарасова, преимущество разработанных кристаллов заключается в том, что они работают при комнатной температуре, негигроскопичны (т.е. не впитывают влагу из воздуха). Поэтому они могут использоваться для создания компактных переносных анализаторов воздуха для использования в промышленности и быту.

Разработанная технология позволяет также производить кристаллы повышенной плотности, которые начинают светиться при поглощении ионизирующего излучения. Это свойство позволяет создавать на их основе детекторы гамма-излучения.

Созданные учеными материалы уже запатентованы, а исследования с ними ведутся как в России, так и заграницей: в Италии, Японии и США

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.